Структура диффузионного слоя, образующегося при вакуумном активированном насыщении твердого сплава ВК-15 в нанопорошке хрома
В работе исследовали влияние размера частиц хрома на структуру и свойства защитного слоя на поверхности твердого сплава ВК-15, полученного вакуумным активированным насыщением. Этот процесс проводили в хроме с размером частиц 0.2 ÷ 2 мм (КП) и нанопорошке (НП), который имеет средний размер частиц 22...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Физическая инженерия поверхности |
|---|---|
| Datum: | 2011 |
| 1. Verfasser: | |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russisch |
| Veröffentlicht: |
Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України
2011
|
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/76997 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Структура диффузионного слоя, образующегося при вакуумном активированном насыщении твердого сплава ВК-15 в нанопорошке хрома / С.Г. Руденький // Физическая инженерия поверхности. — 2011. — Т. 9, № 4. — С. 339–345. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860239533174423552 |
|---|---|
| author | Руденький, С.Г. |
| author_facet | Руденький, С.Г. |
| citation_txt | Структура диффузионного слоя, образующегося при вакуумном активированном насыщении твердого сплава ВК-15 в нанопорошке хрома / С.Г. Руденький // Физическая инженерия поверхности. — 2011. — Т. 9, № 4. — С. 339–345. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Физическая инженерия поверхности |
| description | В работе исследовали влияние размера частиц хрома на структуру и свойства защитного слоя на поверхности твердого сплава ВК-15, полученного вакуумным активированным насыщением. Этот процесс проводили в хроме с размером частиц 0.2 ÷ 2 мм (КП) и нанопорошке (НП), который имеет средний размер частиц 22 нм, при температуре насыщения Т = 1050, 1100 и 1150 °С в течение 6 часов. Эту химико-термическую обработку проводили, используя в качестве активатора хлористый натрий, остаточное давление в течение процесса не превышало 0.066 Па. При хромировании в НП были получены покрытия, которые состоят из карбидовCr₂₃C₆ и Cr₇C₃, размер зерен которых лежит в интервале 50 ÷ 74 нм в зависимости от условий формирования защитного слоя. Структура покрытий, полученных при температуре Т = 1150 °С, имеет сложное строение, толщина защитного слоя достигает 110 мкм.
В роботі досліджували вплив розміру часток хрому на структуру і властивості захисного шару на поверхні твердого сплаву ВК-15, отриманного вакуумним активованим дифузійним насиченням. Цей процес проводили в хромі з розміром часток 0.2 ÷ 2 мм (КП) і нанопорошку (НП), що має середній розмір часток 22 нм, при температурі насичення Т = 1050, 1100 і 1150 °С впродовж 6 годин. Цю хіміко-термічну обробку проводили, використовуючи як активатор хлористий натрій, залишковий тиск впродовж процесу не перевищував 0.066 Па. При хромуванні в НП були отримані покриття, що складаються з карбідів Cr₂₃C₆ та Cr₇C₃, розмір зерен яких лежить в інтервалі 50 ÷ 74 нм залежно від умов формування захисного шару. Структура покриттів, отриманих при температурі Т = 1150 °С, має складну будову, товщина захисного шару досягає 110 мкм.
In the work we investigated influence of particle size of chromium on the structure and properties of the protective layer on the surface of hard alloy VK-15, that was obtained by vacuum activated saturation. This process was carried out in chrome with a particle size of 0.2 ÷ 2 mm (CP) and nanopowders (NP), which has an average particle size of 22 nm. The saturation temperature was T = 1050, 1100 and 1150 °C during 6 hours. This chemical-thermal treatment was carried out with sodium chloride as an activator. The residual pressure during the process did not exceed 0.066 Pa. During plating in nanopowders there were obtained coatings. This coatings consisted of carbides. And grain size of this coatings was in the range of 50 ÷ 74 nm and depended on the conditions of formation of the protective layer. The structure of the coatings obtained at T = 1150 °C, had a complex structure and the thickness of the protective layer reached 110 mkm.
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:28:49Z |
| format | Article |
| fulltext |
339
ВВЕДЕНИЕ
Тенденции развития современного произ-
водства лежат в уменьшении операций по
снятию стружки при механической обработке
заготовок деталей и увеличению доли полу-
чения готовых изделий посредством шли-
фовки и полировки. Это достигается исполь-
зованием заготовок, полученных точным ли-
тьем и методами порошковой металлургии.
При получении изделий посредством спека-
ния порошков металлов и сплавов одним из
этапов технологического процесса является
УДК 621.793
СТРУКТУРА ДИФФУЗИОННОГО СЛОЯ, ОБРАЗУЮЩЕГОСЯ ПРИ
ВАКУУМНОМ АКТИВИРОВАННОМ НАСЫЩЕНИИ ТВЕРДОГО СПЛАВА
ВК-15 В НАНОПОРОШКЕ ХРОМА
С.Г. Руденький
Национальный научный центр “Харьковский физико-технический институт”
Украина
Поступила в редакцию 01.12.2011
В работе исследовали влияние размера частиц хрома на структуру и свойства защитного слоя
на поверхности твердого сплава ВК-15, полученного вакуумным активированным насыщением.
Этот процесс проводили в хроме с размером частиц 0.2 ÷ 2 мм (КП) и нанопорошке (НП), ко-
торый имеет средний размер частиц 22 нм, при температуре насыщения Т = 1050, 1100 и 1150 °С
в течение 6 часов. Эту химико-термическую обработку проводили, используя в качестве акти-
ватора хлористый натрий, остаточное давление в течение процесса не превышало 0.066 Па.
При хромировании в НП были получены покрытия, которые состоят из карбидов Cr23C6 и Cr7C3,
размер зерен которых лежит в интервале 50 ÷ 74 нм в зависимости от условий формирования
защитного слоя. Структура покрытий, полученных при температуре Т = 1150 °С, имеет сложное
строение, толщина защитного слоя достигает 110 мкм.
Ключевые слова: хромирование, диффузионное насыщение, активатор, вакуум, нанопорошок,
покрытие, твердый сплав.
В роботі досліджували вплив розміру часток хрому на структуру і властивості захисного шару
на поверхні твердого сплаву ВК-15, отриманного вакуумним активованим дифузійним наси-
ченням. Цей процес проводили в хромі з розміром часток 0.2 ÷ 2 мм (КП) і нанопорошку (НП),
що має середній розмір часток 22 нм, при температурі насичення Т = 1050, 1100 і 1150 °С
впродовж 6 годин. Цю хіміко-термічну обробку проводили, використовуючи як активатор хло-
ристий натрій, залишковий тиск впродовж процесу не перевищував 0.066 Па. При хромуванні
в НП були отримані покриття, що складаються з карбідів Cr23C6 та Cr7C3, розмір зерен яких ле-
жить в інтервалі 50 ÷ 74 нм залежно від умов формування захисного шару. Структура покриттів,
отриманих при температурі Т = 1150 °С, має складну будову, товщина захисного шару досягає
110 мкм.
Ключові слова: хромування, дифузійне насичення, активатор, вакуум, нанопорошок, покриття,
твердий сплав.
In the work we investigated influence of particle size of chromium on the structure and properties of
the protective layer on the surface of hard alloy VK-15, that was obtained by vacuum activated satu-
ration. This process was carried out in chrome with a particle size of 0.2 ÷ 2 mm (CP) and nanopowders
(NP), which has an average particle size of 22 nm. The saturation temperature was T = 1050, 1100
and 1150 °C during 6 hours. This chemical-thermal treatment was carried out with sodium chloride
as an activator. The residual pressure during the process did not exceed 0.066 Pa. During plating in
nanopowders there were obtained coatings. This coatings consisted of carbides. And grain size of
this coatings was in the range of 50 ÷ 74 nm and depended on the conditions of formation of the pro-
tective layer. The structure of the coatings obtained at T = 1150 °C, had a complex structure and the
thickness of the protective layer reached 110 mkm.
Keywords: chrome-plating, diffusion saturation, activator, vacuum, nanopowder, coating, cemented
carbide.
С.Г. Руденький. 2011
ФІП ФИП PSE, 2011, т. 9, № 4, vol. 9, No. 4340
прессование. Эта операция выполняется в ме-
таллических пресс-формах, для изготовления
которых применяют, стали У8, У10, 9ХС,
твердые сплавы ВК-15, ВК-20. Пресс-формы
в процессе работы испытывают высокие ме-
ханические нагрузки и подвергаются воздей-
ствию истирающих усилий. Поэтому, соглас-
но технологическим требованиям, рабочие
поверхности пресс-форм должны быть по-
крыты слоем твердого хрома гальваническим
способом. Это покрытие понижает силы тре-
ния в процессе прессования, увеличивает ре-
сурс работы устройства, улучшает качество
поверхностей получаемых изделий. Одним из
недостатков гальванических покрытий яв-
ляется сравнительно невысокая адгезия за-
щитного слоя к подложке. При постоянных
циклических нагрузках, имеющих место в
процессе прессования, это приводит к отсло-
ению защитного слоя. В отличие от гальва-
нического способа нанесения покрытия, ме-
тод вакуумного активированного диффузион-
ного насыщения [1] обеспечивает очень вы-
сокую адгезию защитного слоя с подложкой.
При хромировании этим методом углерод-
содержащих материалов, на их поверхности
образуется диффузионный слой, состоящий
из карбида хрома. Такое защитное покрытие
значительно повышает коррозионную и эро-
зионную стойкость стали 20 [2, 3]. Вакуумное
активированное диффузионное хромирова-
ние устройства из стали У8, используемой
для прессования заготовок изделий из гра-
фита, повышает ее ресурс работы в 2 ÷ 5 раз
по сравнению с гальваническим покрытием
из хрома.
Влияние структуры материала на физико-
механические характеристики изделия явля-
ются актуальной проблемой. В настоящее
время большое внимание уделяют исследова-
ниям, связанным с разработкой технологий
получения наноструктурных материалов и
покрытий. Это объясняется перспективой со-
здания материалов, обладающих значительно
более высокими прочностными характерис-
тиками, чем существующие в настоящее вре-
мя.
Формирование покрытий методом вакуум-
ного диффузионного насыщения происходит
посредством взаимодействия паров активиру-
ющей добавки с насыщающим элементом,
образованием газообразных соединений-
переносчиков, которые, контактируя с обра-
батываемой поверхностью, образуют диф-
фузионный слой [4 – 6]. Массоперенос ато-
мов насыщающего элемента через твердую
фазу, в местах контакта частиц порошка с по-
верхностью изделия, практически отсутст-
вует [7]. Это можно объяснить очень неболь-
шой удельной площадью этих соприкоснове-
ний частиц с поверхностью. В случае, когда
вакуумное диффузионное насыщение осу-
ществляется в порошковой засыпке с раз-
мером частиц менее микрона, механизм про-
цесса и свойства образующегося слоя не
изучены.
ВАКУУМНОЕ АКТИВИРОВАННОЕ
ДИФФУЗИОННОЕ ХРОМИРОВАНИЕ
ТВЕРДОГО СПЛАВА ВК-15 И
СТРУКТУРА ЗАЩИТНОГО СЛОЯ
Целью настоящей работы является исследо-
вание влияния размера частиц порошка хрома
на характеристики защитного слоя, получен-
ного вакуумным активированным диффузио-
нным насыщением поверхности твердого
сплава ВК-15.
Процесс химико-термической обработки
твердосплавных образцов осуществляли в
графитовом контейнере цилиндрической
формы, который располагался в вакуумной
печи. В этот контейнер помещали активатор
(хлористый натрий), порошок хрома и обра-
зцы из твердого сплава диаметром 15⋅10–3 м
и толщиной 2⋅10–3 м. Половину образцов об-
рабатывали в крупном порошке хрома (КП)
с размером частиц (0,2 ÷ 2) ⋅10–3 м, а вторую
часть их подвергали диффузионному насы-
щению в среде мелкозернистого насыщаю-
щего элемента (НП). Этот НП хрома полу-
чали помолом в футерованной твердым спла-
вом шаровой мельнице в бензине марки
“Нефрас”, что исключает окисление поверх-
ности насыщающего элемента и загрязнение
его примесями. Измельчение хрома осущест-
вляли в течение 170 часов при соотношении
металла к массе твердосплавных шаров как
1:20. Рентгеноструктурный анализ показал,
что средний размер частиц составляет 22 нм.
Длительность процесса вакуумного активи-
СТРУКТУРА ДИФФУЗИОННОГО СЛОЯ, ОБРАЗУЮЩЕГОСЯ ПРИ ВАКУУМНОМ АКТИВИРОВАННОМ НАСЫЩЕНИИ ТВЕРДОГО СПЛАВА ...
341
рованного диффузионного хромирования во
всех экспериментах составляла 6 час., темпе-
ратура отжига была Т = 1050, 1100 и 1150 °С,
давление в камере при химико-термической
обработке не превышало 0.066 Па. Для этих
температур расход хлористого натрия состав-
лял соответственно 2.6, 5 и 6 г/час. Получен-
ные хромированные твердосплавные образ-
цы исследовали рентгеноструктурным и ме-
таллографическим методами.
На pис. 1 представлена структура диффу-
зионного слоя на поверхности образцов 1 и
2 из сплава ВК-15, полученного хромирова-
нием при температуре Т = 1050 °С.
Проведенные металлографические иссле-
дования образца 1 (pис. 1а), подвергнутого
химико-термической обработке в КП хрома,
показали, что толщина диффузионного слоя
составляет 25 мкм. Он состоит из карбида
хрома Cr23C6 с периодом решетки а = 10.662 D.
Темный промежуток между покрытием и
основой является η-фазой, образующейся
вследствие диффузии углерода из твердого
сплава в образующийся диффузионный слой.
Средняя микротвердость защитного слоя
составляет H005 = 14.3 ГПа, а эта величина для
основы имеет значение –12.14 ГПа. При ва-
куумном активированном диффузионном на-
сыщении в НП хрома защитный слой на об-
разце 2 имеет толщину 25 мкм (рис. 1б). Он
содержит 45.2 вес.% карбида хрома Cr23C6,
имеющий параметр решетки а = 10.684 D и
размер зерна 58.9 нм, и 54.8 вес.% соедине-
ния Cr23C6. Этот карбид хрома характеризует-
ся параметром решетки а = 10.76 D и размер
его зерна 56.2 нм. Средняя величина микро-
твердости карбидного слоя составляет
H005 = 17.47 ГПа, при этом подложка характе-
ризуется значением H005 = 12.81 ГПа, что не
сильно отличается от данных по образцу 1.
Структура образцов твердого сплава 3 и 4,
прошедших химико-термическую обработку
при температуре Т = 1100 °с представлена на
рис. 2.
С повышением температуры обработки
увеличивается толщина диффузионного слоя,
достигая 50 мкм при насыщении в КП хрома
(рис. 2а). Этот защитный слой содержит 93.4
вес.% карбида хрома Cr23C6 с параметром
решетки а = 10.665 D и 6.6 вес.% соедине-
ния Cr7C3, имеющего гексагональную ячейку
(а = 7.017 D; b = 12.143 D; с = 4.524 D). Увели-
чение толщины слоя не влияет на его микро-
твердость – она составляет H005 = 14.78 ГПа,
при этом ее величина для основы несколько
а)
б)
Рис. 1. а) микрофотография шлифа поперечного сече-
ния образца 1, полученного диффузионным насыще-
нием в КП хрома; ×400; б) микрофотография шлифа
поперечного сечения образца 2, хромированного в
НП; ×400.
а)
С.Г. РУДЕНЬКИЙ
ФІП ФИП PSE, 2011, т. 9, № 4, vol. 9, No. 4
ФІП ФИП PSE, 2011, т. 9, № 4, vol. 9, No. 4342
выше – H005 = 13.22 ГПа. При активирован-
ном диффузионном насыщении в НП хрома
покрытие (рис. 2б) имеет толщину 40 мкм.
Этот слой содержит 2.9 вес.% карбида Cr23C6
с параметром решетки а = 10.665 D и раз-
мером зерна 73.5 нм. Остальные 97.1 вес.%
слоя – это карбид хрома Cr23C6, имеющий
параметр решетки а = 10.769 D и средний
диаметр кристалла 56.4 нм. Микротвердость
этого карбидного слоя изменяется в пределах
H005 = 13.14 ГПа – 14.27 ГПа, а соответствую-
щая величина для подложки составляет
H005 = 10.06 ГПа.
Дальнейшее повышение температуры про-
цесса вакуумного активированного диффузи-
онного насыщения приводит к увеличению
толщины защитного слоя на основе хрома.
На рис. 3 приведена структура хромирован-
ных твердосплавных образцов 5 и 6, а также
изменение их микротвердости по глубине.
Толщина диффузионного слоя на поверх-
ности образца 5 составляет около 80 мкм, и
он состоит из 85.5 вес.% карбида хрома
Cr23C6 с параметром решетки а = 10.663 D и
14.5 вес.% соединения Cr7C3, имеющего
гексагональную решетку (а = 7.011 D ;
b = 12.140 D; c = 4.527 D). Изменение мик-
ротвердости по глубине от поверхности хро-
мированного образца 5 изображено линией
1 на рис. 3в и характеризуется немонотонной
зависимостью. Область от поверхности на
глубину 60 мкм характеризуется высокой
твердостью, поскольку она состоит из карби-
дов. Далее, на расстоянии 60 – 80 мкм, рас-
положена зона с невысокой твердостью, ко-
б)
Рис. 2. а) микрофотография поперечного сечения
образца 3 (ВК-15), хромированного в КП, ×400; б) изо-
бражение поверхности шлифа образца твердого спла-
ва 4 после химико-термической обработке в НП хрома,
×400.
а)
б)
в)
Рис. 3. а) микрофотография поперечного сечения об-
разца 5, хромированного в КП, ×400; б) микрофото-
графия шлифа образца твердого сплава 6 после хими-
ко-термической обработке в НП хрома, ×400; в) зави-
симость изменения микротвердости Hµ от расстояния
до поверхности δ, мкм: 1 – значения для образца 5;
2 – для образца 6.
СТРУКТУРА ДИФФУЗИОННОГО СЛОЯ, ОБРАЗУЮЩЕГОСЯ ПРИ ВАКУУМНОМ АКТИВИРОВАННОМ НАСЫЩЕНИИ ТВЕРДОГО СПЛАВА ...
343
торая, содержит большое количество кобаль-
та. Следующая область, расположенная от по-
верхности на расстоянии 80 – 110 мкм, имеет
достаточно высокую твердость и представля-
ет собой η-фазу. Такая структура защитного
покрытия объясняется достаточно сложным
механизмом формирования диффузионного
слоя. При вакуумном активированном диф-
фузионном насыщении поверхности сплавов
пары хлористого натрия (активатора) посту-
пают в реакционную зону, где взаимодейст-
вуют с хромом и образуют его хлориды [5].
Эти реакции можно описать химическими
реакциями 1, 2, 3:
1 1NaCl(г) Cr( ) CrCl (г) Na(г)nт
n n
+ ⇔ + ; (1)
2 4
1 1NaCl(г) Cr( ) Cr Cl (г) Na(г)
2 4
т+ ⇔ + ; (2)
Cr(m) ⇔ Cr(г), (3)
где n – принимает значения 1, 2, 3, 4.
Решение системы уравнений, составлен-
ных на основании этих химических реакций,
позволяет определить состав газовой насы-
щающей среды при вакуумном активирован-
ном хромировании. Как было установлено,
основными компонентами ее при температу-
рах Т = 1000 ÷ 1200 °С и давлениях Р = 1.33
÷ 133 Па являются пары хрома, его хлориды
СrCl, Сr2Cl4, СrCl3. Эти газообразные ве-
щества взаимодействуют с поверхностью
твердого сплава, образуя защитное покрытие.
Твердый сплав состоит из карбида вольфра-
ма, кобальта и свободного углерода, содер-
жание которого может достигать 0.2 вес.%.
Вследствие этого рассматриваем взаимо-
действие компонент газовой насыщающей
среды с углеродом, кобальтом и карбидом
вольфрама. Этот процесс формирования по-
верхностного слоя может быть описан хими-
ческими реакциями, приведенными в табл. 1
и 2.
В табл. 1, 2 приведены термодинамически
возможные химические реакции, на основа-
нии которых можно предположить механизм
вакуумного активированного хромирования.
На начальном этапе диффузионного насыще-
ния поверхности твердого сплава возможно
осаждение слоя хрома посредством реакций
5 ÷ 7 (табл.2), который, взаимодействуя со
свободным углеродом, присутствующим в
подложке, образует карбид. В соответствии
с реакциями 1, 4 (табл. 1), 1 ÷ 4 (табл. 2) обра-
зование карбидов хрома, возможно посредст-
вом взаимодействия паров хрома и его хло-
ридов с углеродом. Кроме того, пары хрома,
взаимодействуя с монокарбидом вольфрама,
образуют карбид хрома в соответствии с реак-
циями 3 и 4 (табл. 1). Формирование карбид-
ного слоя происходит вследствие диффузии
углерода подложки в поверхностную область,
Таблица 1
Значения констант равновесия реакций
взаимодействия хрома с компонентами
твердого сплава ВК-15
Уравнения химической
реакции
Константа равнове-
сия КР при темпера-
туре Т
1273 К 1473 К
3.678⋅109 1.62⋅107Cr(г)+(6/23)C(m)⇔ (6/23)Cr23C6(m)
6.956⋅109 2.498⋅107Cr(г)+(3/7)C(m)⇔ (1/7)Cr7C3(m)
1.81⋅109 9.448⋅106Cr(г)+(12/23)WC(m)⇔ (6/23)W2C(m)+
+(1/23)Cr23C6(m)
1.827⋅109 1.025⋅107Cr(г)+(6/7)WC(m)⇔ (3/7)W2C(m) +
+(1/7)Cr7C3(m)
13.56 9.754Cr(m)+(6/23)C(m)⇔ (1/23)Cr23C6(m)
21.816 14.99Cr(m)+(3/7)C(m)⇔ (1/7)Cr7C3(m)
6.661 5.689Cr(m)+(12/23)WC(m)⇔ (6/23)W2C(m)
+(1/23)Cr23C6(m)
6.775 6.183Cr(m)+(6/7)WC(m)⇔ (3/7)W2C(m) +
+(1/7)Cr7C3(m)
Таблица 2
Степень превращения реакций
взаимодействия хлоридов хрома с
компонентами твердого сплава ВК-15
Уравнения химической
реакции
Cтепень превраще-
ния a при темпера-
туре Т и давлении Р
Т=1273 К Т=1473 К
133
Па
1.33
Па
133
Па
1.33
Па
CrCl(г) + (9/46)C(m) ⇔
⇔ (3/92)Cr23C6(m) + (1/4)CrCl4(г)
0.997 0.888 0.894 0.0002
CrCl(г) + (9/28)C(m) ⇔
⇔ (3/28)Cr7C3(m) + (1/4)CrCl4(г)
1 0.987 0.984 0.194
Cr2Cl4(г) + (6/23)C(m) ⇔
⇔ (1/23)Cr23C6(m) + CrCl4(г)
0.136 0.136 0.162 0.162
Cr2Cl4(г) + (3/7)C(m) ⇔
⇔ (1/7)Cr7C3(m) + CrCl4(г)
0.203 0.203 0.229 0.229
CrCl(г) + (1/2)Co(m) ⇔
⇔ (1/2)CoCl2(г) + (1/4)Cr(m)
0.994 0.944 0.723 0.055
Cr2Cl4(г) + 2Co(m) ⇔
⇔ 2CoCl2(г) + 2Cr(m)
0.107 0.732 0.046 0.417
CrCl3(г) + (3/2)Co(m) ⇔
⇔ (3/2)CoCl2(г) + Cr(m)
0.054 0.224 0.012 0.057
С.Г. РУДЕНЬКИЙ
ФІП ФИП PSE, 2011, т. 9, № 4, vol. 9, No. 4
ФІП ФИП PSE, 2011, т. 9, № 4, vol. 9, No. 4344
при этом образуется под покрытием зоны с
пониженной концентрацией этого элемента.
Существование слоя, характеризуемого невы-
сокой микротвердостью (рис. 3в), объясняет-
ся низким содержанием в нем углерода и вы-
сокой концентрацией кобальта [8]. Карбиды
кобальта имеют положительную свободную
энергию и являются термодинамически не-
устойчивыми, и поэтому атомы этого металла
мигрируют в область с пониженным содержа-
нием углерода.
Диффузионный слой на поверхности об-
разца 6 (рис. 3б), полученный хромированием
в НП, состоит из 98.7 вес.% соединения Cr23C6
с параметром решетки а = 10.812 D и разме-
ром зерна 63.7 нм, и 1.3 вес.% карбида Cr7C3.
Толщина этого покрытия составляет около
110 мкм, изменение его микротвердости при-
ведено на pис. 3в. При хромировании в НП
происходит соприкосновение наночастиц с
насыщаемой поверхностью, и плотность этих
контактов достаточно высокая. Фактически,
расстояния между точками касания частиц
составляет несколько десятков нанометров.
Согласно химических реакций 5 ÷ 8 (табл. 1),
имеет место взаимодействие хрома с компо-
нентами твердого сплава, способствующие
образованию карбидов хрома. Эти точки
являются местами зарождения зерен карбида
хрома, и поэтому, их размер составляет 50 ÷
80 нм. Через эти соприкосновения будет про-
исходить массоперенос атомов хрома, что
способствует процессу формирования покры-
тия, повышая скорость роста диффузионного
слоя.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
При всех температурах химико-термической
обработки твердого сплава ВК-15 в НП хрома
образующийся диффузионный слой состоит
из карбидов хрома Сr23С6 и Сr7С3, размер зе-
рен которых не превышает 75 нм. Толщина
покрытия при температурах диффузионного
насыщения Т = 1050 и 1150 °С в НП обычно
несколько больше, на 10 ÷ 20%, чем при хро-
мировании в КП.
Микротвердость диффузионного слоя при
хромировании в НП несколько выше, чем при
диффузионном насыщении в КП хрома. Ваку-
умное активированное диффузионное хроми-
рование поверхности твердого сплава при
температуре Т = 1150 °С приводит к образова-
нию защитного слоя, имеющего сложное
строение. Его структура имеет поверхност-
ный слой, состоящий из карбидов хрома, и
характеризующийся высокой микротвердо-
стью. Под ним расположена область с высо-
кой концентрацией кобальта и имеющую низ-
кую микротвердость. Далее находится зона,
характерная для твердых сплавов с карбид-
ным покрытием, это слой η-фазы.
ЛИТЕРАТУРА
1. Змий В.И., Руденький С.Г., Ковтун Н.В. По-
лучение и исследование стойкости карбобо-
ридных покрытий на твердосплавных ре-
жущих пластинах//ВАНТ. Серия: “Физика
радиационных повреждений и радиационное
материаловедение” (Харьков). – 1998. – № 4
(70), Вып. 3 (69). – С. 150-152.
2. Змий В.И., Руденький С.Г., Карцев Н.Ф. и др.
Коррозионно-эрозионностойкие покрытия
применительно к защите внутренних поверх-
ностей труб второго контура АЭС//ВАНТ.
Серия: “Физика радиационных повреждений
и радиационное материаловедение”. – 2009.
– № 2 (60), Вып. 93. – С.164-168.
3. Змий В.И., Руденький С.Г., Кунченко В.В.
Особенности активированной вакуумной хи-
мико-термической обработки материалов//
ВАНТ. Серия: “Физика радиационных повре-
ждений и радиационное материаловедение”.
– 2011. – № 2, Вып. 97. – С. 155-158.
4. Змий В.И., Руденький С.Г. Особенности ва-
куумного активированного диффузионного
насыщения металлов: термодинамика, меха-
низм и кинетика//Металлофизика и новей-
шие технологии. – 1998. – № 20, Вып. 10. –
С. 69-75.
5. Змий В.И., Карцев Н.Ф., Ковтун Н.В., Рудень-
кий С.Г. Исследование процессов формиро-
вания и свойств хромсодержащих диффузи-
онных покрытий на сталях//Сб. труд. 4го Меж-
дунар. симп. “Вакуумные технологии и обо-
рудование” (Харьков). – 2001. – С. 266-268.
6. Руденький С.Г., Змий В.И. Вакуумное активи-
рованное диффузионное борохромирование
сталей//Сб. труд. 2ой Межд. симпозиум, “Обо-
рудование и технологии термической обра-
ботки металлов и сплавов в машинострое-
нии»” (Харьков). – 2001. – С. 11-14.
7. Деркач В.Д. К вопросу о механизме доставки
бора к насыщаемой поверхности в процессе
СТРУКТУРА ДИФФУЗИОННОГО СЛОЯ, ОБРАЗУЮЩЕГОСЯ ПРИ ВАКУУМНОМ АКТИВИРОВАННОМ НАСЫЩЕНИИ ТВЕРДОГО СПЛАВА ...
345
борирования в порошке технического карби-
да бора//Химико-термическая обработка ме-
таллов и сплавов. Минск. – 1971. – С. 15-19.
8. Поляков Ю.И., Картмазов Г.Н., Руденький С.Г.,
Лукирский Ю.В., Щербак С.П. О взаимодей-
ствии NbCl5 со сплавом ВК6 в процессе по-
лучения износостойких покрытий NbC//Сб.
тр. 5ой Междун. конф. “Вакуумные техноло-
гии и оборудование” (Харьков). – 2002. –
С. 105-108.
LITERATURA
1. Zmiy V.I., Rudenkiy S.G., Kovtun N.V. Poluche-
niye i issledovaniye stoykosti karboboridnykh
pokrytiy na tverdosplavnykh rezhushchikh plas-
tinakh//VANT. Seriya: “Fizika radiatsionnykh
povrezhdeniy i radiatsionnoye materialovede-
niye” (Kharkov). – 1998. – № 4 (70), Vyp. 3
(69). – S. 150-152.
2. Zmiy V.I., Rudenkiy S.G., Kartsev N.F. i dr. Kor-
rozionno-erozionnostoykiye pokrytiya primeni-
telno k zashchite vnutrennikh poverkhnostey trub
vtorogo kontura AES//VANT. Seriya: “Fizika ra-
diatsionnykh povrezhdeniy i radiatsionnoye ma-
terialovedeniye”. – 2009. – № 2 (60), Vyp. 93. –
S.164-168.
3. Zmiy V.I., Rudenkiy S.G., Kunchenko V.V. Oso-
bennosti aktivirovannoy vakuumnoy khimiko-
termicheskoy obrabotki materialov//VANT. Se-
riya: “Fizika radiatsionnykh povrezhdeniy i ra-
diatsionnoye materialovedeniye”. – 2011.– № 2,
Vyp. 97. – S. 155-158.
С.Г. РУДЕНЬКИЙ
ФІП ФИП PSE, 2011, т. 9, № 4, vol. 9, No. 4
4. Zmiy V.I., Rudenkiy S.G. Osobennosti vakuum-
nogo aktivirovannogo diffuzionnogo nasyshche-
niya metallov: termodinamika, mekhanizm i ki-
netika//Metallofizika i novey-shiye tekhnologii.
– 1998. – № 20, Vyp. 10. – S. 69-75.
5. Zmiy V.I., Kartsev N.F., Kovtun N.V., Ruden-
kiy S.G. Issledovaniye protsessov formirovaniya
i svoystv khromsoderzhashchikh diffuzi-onnykh
pokrytiy na stalyakh//Sb. trud. 4go Mezhdunar.
simpoz. “Vakuumnyye tekhnologii i oborudova-
niye” (Kharkov). – 2001. – S. 266-268.
6. Rudenkiy S.G., Zmiy V.I. Vakuumnoye aktivi-
rovannoye diffuzionnoye borokhromirovaniye
staley//Sb. trud. 2oy Mezhdunar. simpoz. “Obo-
rudovaniye i tekhnologii termicheskoy obrabot-
ki metallov i splavov v mashinostroyenii” (Khar-
kov). – 2001. – S. 11-14.
7. Derkach V.D. K voprosu o mekhanizme dostavki
bora k nasyshchayemoy poverkhnosti v protsesse
borirovaniya v poroshke tekhnicheskogo karbi-
da bora//Khimiko-termicheskaya obrabotka me-
tallov i splavov. Minsk. – 1971. – S. 15-19.
8. Polyakov Yu.I., Kartmazov G.N., Rudenkiy S.G.,
Lukirskiy Yu.V., Shcherbak S.P. O vzaimodey-
stvii NbCl5 so splavom VK6 v protsesse po-
lucheniya iznosostoykikh pokrytiy NbC//Sb. tr.
5oy Mezhdunar. konf. “Vakuumnyye tekhnolo-
gii i oborudovaniye” (Kharkov). – 2002. –
S. 105-108.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-76997 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1999-8074 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:28:49Z |
| publishDate | 2011 |
| publisher | Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Руденький, С.Г. 2015-02-14T17:34:48Z 2015-02-14T17:34:48Z 2011 Структура диффузионного слоя, образующегося при вакуумном активированном насыщении твердого сплава ВК-15 в нанопорошке хрома / С.Г. Руденький // Физическая инженерия поверхности. — 2011. — Т. 9, № 4. — С. 339–345. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. 1999-8074 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/76997 621.793 В работе исследовали влияние размера частиц хрома на структуру и свойства защитного слоя на поверхности твердого сплава ВК-15, полученного вакуумным активированным насыщением. Этот процесс проводили в хроме с размером частиц 0.2 ÷ 2 мм (КП) и нанопорошке (НП), который имеет средний размер частиц 22 нм, при температуре насыщения Т = 1050, 1100 и 1150 °С в течение 6 часов. Эту химико-термическую обработку проводили, используя в качестве активатора хлористый натрий, остаточное давление в течение процесса не превышало 0.066 Па. При хромировании в НП были получены покрытия, которые состоят из карбидовCr₂₃C₆ и Cr₇C₃, размер зерен которых лежит в интервале 50 ÷ 74 нм в зависимости от условий формирования защитного слоя. Структура покрытий, полученных при температуре Т = 1150 °С, имеет сложное строение, толщина защитного слоя достигает 110 мкм. В роботі досліджували вплив розміру часток хрому на структуру і властивості захисного шару на поверхні твердого сплаву ВК-15, отриманного вакуумним активованим дифузійним насиченням. Цей процес проводили в хромі з розміром часток 0.2 ÷ 2 мм (КП) і нанопорошку (НП), що має середній розмір часток 22 нм, при температурі насичення Т = 1050, 1100 і 1150 °С впродовж 6 годин. Цю хіміко-термічну обробку проводили, використовуючи як активатор хлористий натрій, залишковий тиск впродовж процесу не перевищував 0.066 Па. При хромуванні в НП були отримані покриття, що складаються з карбідів Cr₂₃C₆ та Cr₇C₃, розмір зерен яких лежить в інтервалі 50 ÷ 74 нм залежно від умов формування захисного шару. Структура покриттів, отриманих при температурі Т = 1150 °С, має складну будову, товщина захисного шару досягає 110 мкм. In the work we investigated influence of particle size of chromium on the structure and properties of the protective layer on the surface of hard alloy VK-15, that was obtained by vacuum activated saturation. This process was carried out in chrome with a particle size of 0.2 ÷ 2 mm (CP) and nanopowders (NP), which has an average particle size of 22 nm. The saturation temperature was T = 1050, 1100 and 1150 °C during 6 hours. This chemical-thermal treatment was carried out with sodium chloride as an activator. The residual pressure during the process did not exceed 0.066 Pa. During plating in nanopowders there were obtained coatings. This coatings consisted of carbides. And grain size of this coatings was in the range of 50 ÷ 74 nm and depended on the conditions of formation of the protective layer. The structure of the coatings obtained at T = 1150 °C, had a complex structure and the thickness of the protective layer reached 110 mkm. ru Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України Физическая инженерия поверхности Структура диффузионного слоя, образующегося при вакуумном активированном насыщении твердого сплава ВК-15 в нанопорошке хрома Article published earlier |
| spellingShingle | Структура диффузионного слоя, образующегося при вакуумном активированном насыщении твердого сплава ВК-15 в нанопорошке хрома Руденький, С.Г. |
| title | Структура диффузионного слоя, образующегося при вакуумном активированном насыщении твердого сплава ВК-15 в нанопорошке хрома |
| title_full | Структура диффузионного слоя, образующегося при вакуумном активированном насыщении твердого сплава ВК-15 в нанопорошке хрома |
| title_fullStr | Структура диффузионного слоя, образующегося при вакуумном активированном насыщении твердого сплава ВК-15 в нанопорошке хрома |
| title_full_unstemmed | Структура диффузионного слоя, образующегося при вакуумном активированном насыщении твердого сплава ВК-15 в нанопорошке хрома |
| title_short | Структура диффузионного слоя, образующегося при вакуумном активированном насыщении твердого сплава ВК-15 в нанопорошке хрома |
| title_sort | структура диффузионного слоя, образующегося при вакуумном активированном насыщении твердого сплава вк-15 в нанопорошке хрома |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/76997 |
| work_keys_str_mv | AT rudenʹkiisg strukturadiffuzionnogosloâobrazuûŝegosâprivakuumnomaktivirovannomnasyŝeniitverdogosplavavk15vnanoporoškehroma |